Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

3D-fest уже закономерность!

3D-кино перестало быть только развлечением. Эксперты говорят о большом потенциале этой технологии в образовательном процессе.

С 6 по 9 декабря в Москве состоялось очередное «знаковое» для любителей и профессионалов в сфере 3D событие: ежегодный международный 3D-стерео кинофестиваль «3D fest». Фестиваль впервые был организован в 2010 г. и проводится уже в третий раз при поддержке Министерства культуры РФ, Союза кинематографистов РФ и Московской торгово-промышленной палаты. Организаторами фестиваля являются компания «3D лига», ФГУП «Московское конструкторское бюро киноаппаратуры», Московский Киновидеоинститут и Санкт-Петербургский университет кино и телевидения (СПбГУКиТ).

Основные цели 3D-кинофестиваля – развитие 3D-кинотехнологий в России и странах СНГ, содействие внедрению качественного объемного кино в современную жизнь, создание площадки для творческих встреч, общения и обмена опытом и мастерством, поддержка авторов-любителей, использующих новые технологии 3D видеосъемки. В конкурсной программе фестиваля участвуют не только профессиональные, но и любительские 3D фильмы, и побеждают самые достойные: строгие критерии отбора включают анализ как технического исполнения (качество 3D-съемки, грамотное использование в сценарии особенностей стереотехнологий), так и сюжета фильмов. Причем посмотреть эти фильмы и «приобщиться» к миру стереокино могут все желающие – во время организованных в рамках фестиваля открытых просмотров. Кроме того, можно посетить лекции, семинары, презентации, круглые столы и мастер-классы, где вы познакомитесь с основами стереотехнологий и новинками 3D-аппаратуры, научитесь основам стереосъемки и стереопоказа.

В нынешнем году фестиваль «3D fest» был посвящен проблеме внедрения 3D-технологий в образовательный процесс и проводился на трех площадках: в Российском государственном гуманитарном университете (РГГУ), в Московском Киновидеоинституте и в Технологическом колледже № 14. Кроме конкурсного показа стереофильмов, были проведены круглые столы «Состояние и перспективы российского стереокино», «Применение 3D-стереоскопических технологий в среднем и специальном образовании» и «Применение 3D-стереоскопических технологий в образовании и науке», мастер-классы «История отечественного стереокино», «Практика стереосъемок», «Безочковая растровая система демонстрации стереофильмов», «Инновационные технологии компании Epson для создания трехмерных проекций», «Опыт обучения стереотехнологиям в СПбГУКиТ».

Средства и технологии

Поскольку стереокино и стереовидео для многих наших читателей в новинку, хотелось бы коротко рассказать о технологиях, используемых сегодня для создания и показа стереофильмов.

Как известно, эффект объемности возникает в мозге человека благодаря тому, что мы видим окружающий мир двумя глазами, расставленными на некоторое расстояние (примерно 60 мм) – расстояние стереобазиса. Поэтому картинки, видимые каждым глазом в отдельности, немного различаются: попробуйте, например, зажмуривать попеременно то левый, то правый глаз, и увидите, как более близкие предметы начинают «прыгать» относительно более удаленных (или наоборот). Анализируя эти различия, мозг и извлекает из видимого изображения информацию о том, какие предметы находятся ближе к нам, а какие удалены от нас.

А что, если сфотографировать объект (или пейзаж) с двух точек, тоже разнесенных по горизонтали на расстояние стереобазиса (например, двумя спаренными фотоаппаратами), а потом «предъявить» каждому глазу «свою» фотографию? Очевидно, тогда зритель будет видеть этот объект на фотографии точно так же, как если бы смотрел на него непосредственно: мозг, анализируя различия на просматриваемых фотографиях, создаст точно такое же впечатление объемности. На самом деле, конечно, объемное восприятие по всего двум кадрам – их совокупность называют стереопарой – более упрощенно: ведь в реальном мире мы можем еще и осматривать объект со всех сторон, но реализация такой возможности достигается гораздо сложнее – уже средствами голографии.

Итак, наша задача – отснять два кадра стереопары, а потом обеспечить просмотр левого кадра только левым глазом (правый его видеть не должен), а правого кадра – только правым глазом. Именно такое разделение при просмотре левого и правого кадра и составляет главную задачу всех существующих технологий стереопоказа. В одних случаях оно достигается оптически (с помощью стереоскопов или растровых систем – вспомните, например, «переливающиеся» календарики с характерно «ребристой» поверхностью), в других – благодаря использованию каких-либо физических характеристик света (цветовое разделение – в анаглифической технологии, поляризация – в поляризационных методах), в третьих – за счет «механического» прерывания (а попросту говоря – загораживания) глаз в нужные моменты времени (затворная технология).

Конечно, каждая из этих технологий обладает своими преимуществами и недостатками. Стереоскоп достаточно громоздок. Анаглифическая технология хороша для монохромного изображения, но сильно искажает цветовую гамму для цветного стереофото и стереовидео. Растровая технология не требует использования специальных очков, но пока что обеспечивает немного «зернистую» картинку и требует от зрителя поиска оптимальной точки наблюдения (иначе стереоэффект разрушается). Затворная технология связана с мерцанием изображения, поскольку суть ее в том, что при показе левого кадра правое стекло очков становится непрозрачным, а левое – прозрачным, а при показе правого кадра – наоборот. Это сильно утомляет глаза и снижает яркость картинки. Поляризационная же технология удобна, а используемые при этом очки компактны и легки, но данная технология может быть использована не во всех случаях. (Подробнее о существующих стереотехнологиях, их преимуществах и недостатках вы можете прочитать в бесплатном электронном журнале «Мир 3D / 3D World» .)

Один из технологических вопросов, затронутых в рамках 3D-фестиваля, касался технологических решений, применяемых при показе стереовидео с помощью обычных медиапроекторов, как это обычно делается в образовательных учреждениях. Можно, например, соединить в единую конструкцию два проектора, надев на их объективы поляризационные фильтры и сведя проецируемые ими левое и правое видеоизображения стереопары в один кадр на экране, но такая конструкция достаточно громоздка, дорога и требует юстировки изображения. Поэтому для проекторов чаще используют затворный метод: проектор (самый обычный) попеременно демонстрирует с компьютера то левый, то правый кадр, а подключенные к этому же компьютеру (обычно через беспроводной инфракрасный или радиоканал Bluetooth) через специальный электронный синхронизатор очки по сигналу смены кадров то затемняют, то делают прозрачными стекла левого и правого глаза, покрытые слоем жидкого кристалла.

Существенные минусы такого способа показа стереовидео – утомляющее глаза мерцание изображения (даже при вдвое более высокой частоте смены кадров, чем при обычном видеопоказе), снижение яркости картинки (так как слой жидкого кристалла частично поглощает свет, даже когда его слой не затемнен), а также необходимость надевать достаточно громоздкие очки, содержащие в себе электронную схему и потому достаточно дорогие и требующие периодической подзарядки.

Однако, если с необходимостью использовать затворные очки приходится мириться, то остальные недостатки можно попытаться скомпенсировать. Именно так сделано в новых 3D-проекторах фирмы Epson, представленных на мастер-классе «Инновационные технологии компании Epson для создания трехмерных проекций».

Во-первых, эти проекторы уже содержат в себе 3D-функции: в частности, они способны «понимать» основные форматы стереовидео (вертикальные и горизонтальные стереопары, в том числе анаморфные), работа затворных очков синхронизируется непосредственно с проектора (а не с компьютера) по каналу Bluetooth, а также имеется встроенная функция получения «псевдостерео» – преобразования обычного «плоского» видеоизображения в объемное на основе анализа содержимого в видеокадрах.

Во-вторых, лампа высокой яркости и используемые в конструкции проектора ЖК-панели с технологиями Crystal Clear Fine (C2Fine) и Epson Deep Black обеспечивают высокую контрастность и яркость изображения, компенсируя потери яркости при просмотре через затворные очки.

Наконец, в третьих, в описываемых проекторах частота смены кадров увеличена до 480 Гц (вдвое по сравнению с обычно используемыми в затворной технологии 240 Гц).

Почему это важно? Как мы уже говорили, затворная технология основана на затемнении левого стекла очков, когда на экране показан правый кадр, и затемнении правого стекла, когда показан левый кадр. Но такая простейшая реализация этой технологии дает невысокое качество стереоизображения. Ведь может статься, что из-за небольшого рассогласования срабатывания очков со сменой кадра, например, левый глаз увидит кроме «своего» левого кадра также и часть последующего кадра для правого глаза. В результате возникает характерное «двоение» изображения. Чтобы скрыть это двоение, левый и правый кадры демонстрируются по два раза с вдвое более высокой частотой, а на время смены левого правым и наоборот – стекла очков затемняются полностью.

Однако это, избавляя от двоения, существенно снижает субъективную яркость наблюдаемого изображения! Как быть? Конструкторы из Epson предложили такое решение: увеличив частоту смены кадров еще вдвое, воспроизводить левый и правый кадры «четверками». Это, как нетрудно видеть на рисунке, уменьшает промежутки «полного затемнения» очков, а значит, уменьшает и потери яркости.

Впрочем, если говорить о применении 3D в образовании, то здесь главные проблемы – не технологические, а методические и содержательные. Оборудование для показа стереовидео уже существует, а его стоимость неуклонно снижается. Поэтому можно предполагать, что в ближайшие годы многие школы, вузы и колледжи будут оснащены такой техникой. И тогда перед методистами и учителями «во весь рост» встанет вопрос: что и как на этом оборудовании показывать?

3D в образовании: проблемы и перспективы

Хотя в настоящее время многие рассматривают стереотехнологии скорее как «курьёз» или развлечение, 3D обеспечивает достаточно мощные возможности для создания более наглядных, более доступных для восприятия видеоматериалов (включая как статические иллюстрации и фото, так и видео/анимационные фрагменты).

В повседневной жизни мы настолько привыкли видеть мир «в объеме», что обычно не замечаем этого. Но попробуйте, например, вдеть нитку в иголку, зажмурив один глаз: вы сразу почувствуете, насколько это труднее. Однако разве не то же самое происходит, когда изучаемый материал сопровождается «плоскими» иллюстрациями? Некоторые предметы – такие, как стереометрия или начертательная геометрия, – изначально предполагают изучение пространственных объектов, и далеко не все учащиеся обладают достаточно развитым пространственным мышлением и воображением, чтобы «увидеть» нужный чертеж умозрительно! Те же сложности могут возникать при ознакомлении с различными техническими конструкциями, с ходом различных физических экспериментов, выполняемых на лабораторном оборудовании. Объемность важна для полноценного восприятия и при просмотре фильмов об окружающем мире, особенно когда речь идет об объектах микромира, которые возможно наблюдать только при помощи специального оборудования. Вообще применение 3D-технологий при создании и показе наглядных учебных видеоматериалов обеспечивает для зрителя своего рода «эффект присутствия», и по этой причине может стать важным средством социальной адаптации инвалидов, в том числе за счет применения дистанционно управляемых робототехнических конструкций «телеприсутствия»…

Однако при всех преимуществах 3D, как и любая другая технология, обладает и недостатками. Так, далеко не все существующие технологии воспроизведения стереоизображений безопасны для зрения, а при использовании даже наилучших из этих технологий необходимо регламентировать время просмотра. Остаются пока нерешенными вопросы эффективности применения 3D-фотовидеоматериалов при преподавании различных предметов, вопросы методики использования этих материалов на уроке или при самостоятельной учебной работе и др.

Учитывая все это, круглый стол «Применение 3D-стереоскопических технологий в образовании и науке» можно считать одним из основных мероприятий фестиваля «3D fest – 2012». Он проходил в новом 3D-зале, открытом в РГГУ в рамках подготовки к проведению с февраля 2013 года нового учебного курса по 3D-стереотехнологиям в фотографии «Трехмерное образование (3D education)».

Как отметил в своем выступлении Сергей Викторович Кувшинов, кандидат технических наук, профессор, директор Института новых образовательных технологий и информатизации РГГУ, в сегодняшнем ВУЗе пространство обучения уже не ограничивается тесными рамками аудиторий. Современные студенты могут работать с учебной информацией практически в любом месте и в любое время – дома, на отдыхе, в транспорте и пр. Этому способствуют реализация облачных технологий, позволяющая переносить учебный контент в World Wide Web, и все более широкое распространение мобильных ПК (в частности, планшетных). Соответственно, меняется роль преподавателя – он становится не «транслятором» содержательного материала (который студенту и самому нетрудно найти в различных источниках), а организатором учебного процесса, его координатором, «дирижером». Фактически современный учебный материал выражен уже не просто в форме иллюстрированного текста, в представлении учебного материала используется особый «медийный язык», а роль учителя – помочь учащимся в формировании их образовательного пространства и в понимании сути изучаемых явлений и процессов, в создании предпосылок для творческой работы учащихся, а не простой компиляции и заучивания найденного материала. При этом 3D-технологии должны стать одной из составляющих упомянутого «медийного языка», как средство повышения наглядности материала. В настоящее время во многих зарубежных странах образовательные учреждения создают у себя 3D-классы (например, в Турции такие классы имеются уже в начальной школе).

В качестве главной проблемы на пути внедрения 3D-технологий в образование была названо проблема создания образовательных программ, т.е. собственно учебного материала, созданного с использованием 3D. Сейчас российское образование (да и европейское) является лишь потребителем, но не заказчиком образовательного контента. У образовательных учреждений нет средств для закупки дорогостоящего профессионального оборудования, для привлечения специалистов. Решением этой проблемы может быть создание образовательного контента самими преподавателями и студентами, для чего необходимо дать им соответствующие знания и предоставить техническое оснащение.

Соответственно, необходимо разработать учебные курсы и учебные программы по созданию и применению 3D-продукции на разных ступенях образования.

Наконец, существует вопрос координации усилий энтузиастов, стремящихся решать упомянутые проблемы. Поскольку 3D-фестиваль проводится только 4 дня в году, было предложено объединение усилий специалистов под эгидой Московской торгово-промышленной палаты, а также формирование инновационных образовательных площадок в образовательных учреждениях. (Пока такие площадки созданы в РГГУ, Московском Киновидеоинституте и в Технологическом колледже № 14.)

Олег Николаевич Раев, кандидат технических наук, заместитель директора ФГУП «Московское конструкторское бюро киноаппаратуры», отметил, что перед специалистами сферы образования сегодня стоят следующие вопросы: 1) необходимо научиться создавать стереоконтент, пользоваться аппаратурой для съемки и показа 3D; 2) понять, как внедрить 3D-технологии в образовании и, самое главное, – понять, в каких конкретных предметах применение 3D будет действительно эффективным. Нужно не просто переводить учебный материал в 3D, а искать ту «изюминку» ради того, для чего это следует делать.

Еще одна отмеченная Олегом Николаевичем проблема – часть населения (10-12%) не способны воспринимать стереоизображение из-за расстройства работы бинокулярного зрения либо его неразвитости. Поэтому прежде чем применять 3D-технологии в обучении, нужно обеспечить средства диагностирования таких нарушений зрения и возможность формирования специализированных учебных групп для таких студентов. Причем те же 3D-технологии могут использоваться и в качестве инструмента диагностики, и в качестве средств развития стереоскопического зрения.

Выступление Олега Николаевича Раева в этом вопросе дополнила Галина Ивановна Рожкова – специалист по физиологии зрения из Института проблем передачи информации РАН. Она указала, что на сегодня в нашей стране в большинстве поликлиник отсутствует специализированное оборудование для обследования бинокулярного зрения, такая аппаратура имеется только в крупных офтальмологических центрах. А вместе с тем формирование механизма бинокулярного зрения у детей начинается очень рано – уже в возрасте 3 – 7 месяцев, и далее до 2–3-летнего возраста этот механизм развивается и совершенствуется, но в то же время особенно подвержен нарушениям. Поэтому диагностику бинокулярного зрения необходимо проводить именно в этом возрасте, а не позже – в 7–10 лет. Для организации подобных обследований нужно помощь государства в создании и закупке такого оборудования, но вместе с тем первичная диагностика может быть осуществлена и средствами компьютерных 3D-технологий. Более того, согласно данным последних исследований, из названного количества таких людей (10-12% от общего числа зрителей) лишь 2-3% действительно страдают необратимым расстройством бинокулярного зрения, тогда как у остальных пациентов эту способность можно доразвить, «натренировать». Вообще же, как отметила Галина Ивановна, о вреде 3D-технологий чаще говорят именно те, кто неспособен полноценно воспринимать создаваемое посредством их стереоизображение.

Вместе с тем, она отметила, что уже в течение 20 лет ведутся исследования по оценке возможного вреда при просмотре стереофильмов. Уже определены наиболее критические параметры стереоизображения, в пределах которых его просмотр безвреден для зрителя. И необходима разработка нормативных документов для разработчиков образовательной 3D-продукции, регламентирующие ее технологические параметры и тем самым обеспечивающие безопасность ее применения. Хотя на данный момент считается, что длительность безопасного просмотра стереоизображения составляет 7-8 минут, в ходе исследований не было обнаружено каких-либо патологических изменений органов зрения ни после часового сеанса просмотра, ни после регулярного просмотра 3D-видео в течение месяца.

В целом участниками круглого стола было отмечено, что 3D – это лишь одна из технологий, которую надо грамотно применять в педагогике. Применение 3D-технологии в образовании должно не заменять собой существующие технологии обучения, а дополнять их. В настоящее время нужно найти стимулы, позволяющие развивать применение 3D-технологий в образовании в правильном направлении. Необходимо систематическое проведение педагогических исследований эффективности применения 3D в преподавании различных предметов. Причем решать подобную задачу можно только в комплексе, объединив усилия специалистов различных областей – методистов, технологов, специалистов по киновидеосъемке и др. Причем в идеале съемку учебных стереофильмов должны вести профессиональные сценаристы и операторы, поскольку стереофильмы снимать (с учетом всех предъявляемых к их содержанию и техническому исполнению требований) гораздо сложнее, чем обычные фильмы. Любительство важно – но это должно быть любительство, в котором принимают участие профессионалы. Поэтому необходимо возрождать в России существовавшую когда-то сеть студий съемки учебных фильмов, но уже на новой технологической базе.

По итогам фестиваля его участники приняли резолюцию, включающую в себя следующие пункты:

1) о необходимости обеспечить процесс производства качественных стереоскопических образовательных приложений и их целевого внедрения в учебных заведениях;
2) о необходимости разработки и внедрения специализированных учебных курсов по стереотехнологиям на всех уровнях образования, в том числе с применением дистанционных средств обучения;
3) о предложении для разработки стратегии, подходов и стандартов образовательных стереоскопических приложений использовать новый общественный комитет «Производителей контента и ИКТ» в Московской торгово-промышленной палате (МТПП);
4) о формировании рабочей группы по применению 3D-технологий в образовании под управлением комитета МТПП при участии профильных министерств и ведомств, педагогических НИИ и вузов, образовательных учреждений и педагогической общественности, и о формулировании в начале 2013 года замечаний и предложений по развитию и применению 3D-технологий в образовании для обсуждения и доработки в рамках комитетов МТПП;
5) о создании и развитии инновационных образовательных площадок по применению 3D-технологий в образовании на базе РГГУ, Московского киновидеоинститута и Технологического колледжа №14 г. Москвы;
6) о ежегодном проведении образовательной программы Международного 3D-стерео кинофестиваля.

Иллюстрации:

1. Логотип фестиваля.
2, 3. 3D-зал в РГГУ. Его создатели подошли к делу творчески, превратив в маленький, но очень удобный кинозал… лестничный пролет и лестничную площадку чердачного этажа (перекрестная стереопара).
4. Аудитория Московского киновидеоинститута, где проходил мастер-класс «Инновационные технологии компании Epson для создания трехмерных проекций» (перекрестная стереопара).
5. Многоракурсная стереосъемка для создания растрового стереоснимка (фотоаппарат в процессе съемки передвигают вдоль опорной линейки) (перекрестная стереопара).
6. Мастер-класс с презентацией новых 3D-проекторов фирмы Epson ведет Николай Ахметжанов, менеджер по работе с партнерами по проекционному оборудованию из московского представительства Epson (перекрестная стереопара).
7. Затворные очки для просмотра стереовидео через 3D-проектор.
8. Проблема одновременного видения левого и правого кадра при рассинхронизации работы затворных 3D-очков со сменой кадров изображения, что приводит к двоению стереокартинки.
9. Метод борьбы с двоением стереоизображения: в течение времени, пока левый кадр сменяется правым и наоборот, стекла 3D-очков затемнены полностью. Однако это существенно снижает воспринимаемую зрителем яркость изображения.
10. Новая технология Epson благодаря увеличению частоты смены кадров и «четырехтактному» показу кадров позволяет сократить время полного затемнения стекол 3D-очков и тем самым увеличивает субъективную яркость. (Рисунки 7, 8, 9 взяты из презентации, любезно предоставленной Николем Ахметовым.)
11. Круглый стол «Применение 3D-стереоскопических технологий в образовании и науке»: президиум (перекрестная стереопара).
12. Сергей Викторович Кувшинов (кандидат технических наук, профессор, директор Института новых образовательных технологий и информатизации РГГУ) ведет презентацию с использованием планшетного ПК (перекрестная стереопара).

Автор: Дмитрий Усенков

Источник: www.nkj.ru